کلیات فیلترهای شنی برای تصفیه آب استخرهای شنا

 

کلیات فیلترهای شنی

فیلتر شنی دستگاهی است که با صاف نمودن (فیلتراسیون) فیزیکی آب باعث حذف ذرات معلق موجود در آن نظیر گل، رنگ، مواد آلی، پالنکتون، باکتری‌ها و ذرات حاصل از خوردگی می‌شود. دستگاه فیلتر شنی به‌صورت استوانه‌های تحت‌فشار طراحی می‌شوند. داخل ستون‌های فیلتر شنی به‌وسیله شن سیلیسی و یا آنتراسیت پر می‌گردد که معمولاً یک‌لایه ذرات درشت روی نازل‌های فیلترشنی جهت جلوگیری از گرفتگی و سپس یک‌لایه ذرات ریز بر روی آنها ریخته می‌شود. در اثر عبور آب از خلل و فرج بین ذرات شن موجود در دستگاه فیلتر شنی ، مواد معلق آب گیرکرده و آب تقریباً عاری از مواد معلق، در خروجی فیلتر شنی به دست می‌آید. البته جمع شدن ذرات معلق در خلل و فرج فیلتر شنی ، باعث افزایش افت فشار این فیلتراسیون می‌گردد که اگر این افت فشار از حد معینی تجاوز نماید، باید صافی فیلتر شنی را شستشو داد.

کاربرد

فیلتر شنی جهت تصفیه آب های سطحی (رودخانه‌ها یا چاه‌ها) آب استخرهای شنا، حذف رنگ‌ها، آب برگشتی برج‌های خنک‌کن، فیلتراسیون نهایی فاضلاب‌های صنعتی و انسانی، قیلتراسیون مصارف آشامیدنی و صنعتی (تصفیه‌خانه‌های شهر و صنعتی) مورد استفاده قرار می‌گیرد. مشکلات ناشی از عدم استفاده از فیلتر شنی به‌عنوان مثال در استخرها، به علت باز بودن سطح استخر، چنانچه آب استخر متناوباً تعویض یا فیلتر نگردد، راکد ماندن و آلوده شدن آب به علت وجود مواد خارجی از قبیل برگ، خاک، گرد و غبار و رشد و تکثیر میکروب‌ها، انواع قارچ‌های میکروبی و تخم انگل‌ها باعث بیماری‌هایی از قبیل یرقان، تب‌های روده‌ا‌ی، اسهال خونی، بیماری‌های پوستی و غیره می‌گردد که بخصوص در استخرهای عمومی باید این موضوع شدیداً مورد توجه قرار گیرد .

 

فیلتر شنی از دو نوع می‌باشند:

  • فیلترهای ثقلی GRAVITY FILTERS
  • فیلترهای تحت فشار PRESSURE FILTERS

با دو انتخاب مسیر آب از پایین به بالا UP FLOW و از بالا به پایین DOWN FLOW و به صورت دستی MANUAL و تمام اتوماتیک FULL AUTOMATIC قابل تهیه می‌باشد.

 

شستشوی فیلتر شنی

بعد از مدتی جمع شدن ذرات معلق در خلل و فرج فیلتر شنی ، باعث افزایش افت فشار فیلتر شنی می‌گردد که اگر این افت فشار از حد معینی تجاوز نماید، باید فیلتر شنی موردنظر را احیا کرد. احیای فیلتر شنی مختلف روش های مختلفی دارد.

برای مثال احیای فیلتر شنی کند از طریق برداشت لایه ۱۰ cm از بالایی آن انجام می شود. اما احیا فیلتر شنی تند (ثقلی و تحت فشار) از طریق شستشوی معکوس (Back Wash) انجام می شود. برای شستشوی معکوس فیلتر شنی ، شیر آب ورودی فیلتر شنی بسته شده و شیر شستشوی معکوس باز می گردد. جریان معکوس آب (از پایین به بالا ) باعث شناور شدن بستر و جدا شدن گل و لای و ذرات چسبیده به فیلتر شنی می شود. این آلودگی ها به وسیله جریان شستشوی معکوس از فیلتر شنی خارج شده و فیلتر شنی آماده سرویس دهی مجدد می شود.

در فیلتر شنی بزرگ معمولا همراه آب از هوا نیز استفاده می شود تا اغتشاش در داخل فیلتر شنی افزایش یافته و ذرات گل ولای بهتر از فیلترشنی خارج شوند. شدت جریان آب در شستشوی معکوس معمولا ۱ الی ۲ برابر جریان آب طراحی فیلتر شنی است و جریان هوا (در صورت طراحی) حدود(m3 air/hr) 50 به ازا هر متر مربع از سطح فیلتر می باشد.

 

مکانیزم های فیلتراسیون

حذف ذرات معلق و شناور آب به وسیله فیلتر شنی تحت مکانیزم های مختلفی صورت می گیرد که عبارت اند از:

  1. مکانیزم غربالی:

همان طور که از نام آن پیداست، مکانیزم غربالی مانع از حرکت ذرات با قطر بزرگتر از لابلای منافذ با قطر کوچکتر شن ها می شود و به این ترتیب ذرات شناور در لا به لای منافذ شن ها حبس شده و هنگام شستشو توسط آب از فیلتر شنی خارج می گردند.

  1. مکانیزم جذب سطحی:

ذرات معلق موجود در آب تحت تاثیر نیروهای واندوالسی، الکترواستاتیکی و جذب سطحی، جذب سطح شن ها شده و داخل خلل و فرج آن ها نفوذ می کنند. این نیروها باعث تثبیت ذرات معلق روی بستر شنی شده و مانع از شناور سازی مجدد آن ها می شوند.

 

انواع فیلتر شنی :

  • فیلتر شنی کند (Slow Sand Filter)
  • فیلتر شنی ثقلی تند (Rapid Sand Gravity Filter)
  • فیلتر تند شنی تحت فشار (Rapid Sand Pressure Filter)

 

فیلتر شنی کند

فیلتر شنی کند ، نسل اول از فیلتر شنی بودند که اولین بار در سال ۱۸۰۴ در تصفیه خانه های اسکاتلند به کار برده شدند و به سرعت رواج یافتند به طوریکه تا اواخر قرن نوزدهم میلادی تمام تصفیه خانه های اروپا و آمریکا به سیستم فیلتر شنی مجهز شدند. در فیلتر شنی کند همچنان که از نام آن پیداست سرعت جریان آب بسیار آهسته است، به طور متوسط این فیلتر شنی در روز به ازای هر متر مربع از سطح فیلتر شنی تنها سه متر مکعب آب (۳ m3/m2.day) را فیلتر میکنند که برای دبی های بالا احتیاج به مساحت بسیار زیادی (۳۰۰-۸۰۰ m2) برای استفاده از این فیلتر شنی ها است.

افت فشار و هزینه نگهداری این نوع فیلتر شنی کمتر از دو نوع دیگر فیلتر شنی است اما امروزه به دلیل سرعت کم و همچنین مساحت زیاد فقط در برخی تصفیه خانه های روستایی مورد استفاده قرار می گیرند و در مراکز صنعتی و تصفیه خانه های شهری جای خود را به فیلتر تند شنی داده اند.

 

فیلتر شنی تند ثقلی

این نوع از فیلتر شنی از لحاظ ظاهری شبیه به فیلتر شنی کند هستند اما در مساحت های به مراتب کمتر (۴۰-۱۰۰ m2) احداث میشوند. سرعت فیلتراسیون این فیلتر شنی در حدود ۱۰۰-۳۰۰ (m3/m2.day) است و برای تصفیه خانه های بزرگ آب توصیه میشوند. هزینه احداث این واحد ها بسیار کمتر از واحد های فیلتر کند شنی است اما با توجه نحوه شستشو، فاصله بین دو شستشو (۱۲-۷۲ hr) و افت فشار بیشتر نسبت به واحد های فیلتر کند شنی هزینه نگهداری و استهلاک در آن ها بیشتر است.

فیلتر های تند شنی تحت فشار

با توجه به محدودیت فضا و سرمایه گذاری در تصفیه خانه های کوچک و مراکز صنعتی این نوع از فیلتر شنی توسعه پیدا کردند. سرعت بالای فیلتراسیون (۱۰۰-۳۰۰ m3/m2.day) ، اندازه مناسب (استوانه ای به قطر ۱ الی ۳ متر)، کیفیت بالای آب خروجی، شستشوی آسان و در نهایت هزینه کم احداث و نگه داری، این نوع فیلتر شنی را گزینه مناسبی برای استفاده در صنایع، کارخانه ها، استخرها، باغ ها و دیگر مراکز مشابه کرده است.

فیلتر شنی تند بصورت استوانه ‌های تحت فشار طراحی می‌شوند که داخل استوانه‌ بوسیله شن پر می‌گردد. جریان آب از بالا وارد شده و سپس با عبور از بستر شنی ذرات معلق،گل و لای، مواد آلی، رنگ، جلبک، باکتری و به صورت کلی TSS و کدورت خود را از دست میدهد. آب زلال و تصفیه شده از انتهای بستر توسط نازل ها جمع آوری شده و از سیستم خارج میشود. معمولا برای محافظت از نازل ها و نگه داری بستر شن یک لایه ذرات درشت روی نازل ها قرار میگیرد.

یکی از پارامترهای مهم در طراحی فیلتر شنی، سرعت خطی آب ورودی به فیلتر شنی است. هر چه آب دارای کدورت پایین تری باشد لذا سرعت خطی پایین تری دارد و در نتیجه می توان از فیلتر شنی کوچکتری برای تصفیه آن بکار برد. برای مثال در استخرهای شنا سرعت خطی آب ورودی به فیلتر شنی را ۳۰ الی ۵۰ متر بر ساعت در نظر می گیرند.

 

جنس بدنه فیلترها

فیلترهای شنی که برای استخرها مورد استفاده قرار میگیرند عمدتا از جنس های فلزی، پلاستیکی یا پلیمری (PE و PP) و یا از جنس فایبرگلاس ساخته می شوند.

فیلترهای فلزی به دلیل وجود مواد اکسید کننده مثل کلر و و همچنین اسید در سیستم تصفیه آب استخر به سرعت دچار خوردگی و زنگزدگی می شوند و ورود زنگ آب ها به کاسه استخر موجب کاهش کیفیت آب استخر می گردد. راه حل این موضوع استفاده از پوشش های اپوکسی در دیواره داخلی فیلتر می باشد. به همین دلیل امروزه استفاده از فیلترهای غیر فلزی بیشتر مرسوم است.

فیلترهای فایبرگلاس در برابر مواد شیمیایی و خورنده مقاوم هستند. حجم سیلیس و حجم آب موررد نیاز برای بکواش در این فیلترها نسبت به فیلترهای فلزی کمتر میباشد. در فیلترهای غیرفلزی از شیر شش راهه برای کنترل مسیر جریان استفاده می شود که کار را برای اپراتور بسیار راحت میکند.

جهت انتخاب فیلتر شنی بر اساس ظرفیت محاسبه شده می توان از جداول محاسبه فیلتر شنی استفاده نمود.

 

در صنعت نیز فیلتر شنی کاربرد بسیاری دارد، زیرا آب بی کیفیت و دارای کدورت بالا می تواند لطمات جبران ناپذیری را به تاسیسات واحد صنعتی بزند.

ارتفاع مفید بستر سنگ سیلیس ۱۰۵سانتی متر در مراجع ذکر شده است، که در فیلتر شنی با ظرفیت پایین ۷۰ سانتی متر و برای دبی های بالا تا ۱۵۰ سانتی متر نیز استفاده می شود.

 

دانه بندی سنگ های سیلیس به شرح ذیل است:

  • سایز درشت ۸-۱۰ میلیمتر
  • سایز درشت ۵-۸ میلیمتر
  • سایز متوسط ۳-۵ میلیمتر
  • سایز ریز ۰٫۵ -۱٫۵ میلیمتر

نحوه ی شاژ سیلیس ها داخل مخزن فیلتر شنی نیز به گونه ایی است که در ابتدا سایز درشت را می ریزیم و سپس سایز متوسط و در آخر نیز سایز ریز را به داخل مخزن فیلتر شنی وارد می کنیم، زیرا عملا لایه های متوسط و درشت تنها وظیفه ی زهکشی آب از فیلتر شنی را بر عهده دارند و وظیفه ی اصلی فیلتراسیون را لایه ریز انجام می دهند.

 

 

برای اطلاعات بیشتر از جزییات فیلترهای شنی جهت استفاده در سیستم های تصفیه آب استخرهای شنا به لینک زیر مراجعه فرمایید.

فیلتر شنی